DE10028113A1 - Data memory used in a running gear comprises an optically readable and writable information carrier having a polymer film, and an absorber assigned to the polymer film - Google Patents
Data memory used in a running gear comprises an optically readable and writable information carrier having a polymer film, and an absorber assigned to the polymer filmInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Datenspeicher mit einem optisch beschreibbaren und auslesbaren Informationsträger.The invention relates to a data memory with an optical writable and readable information carriers.
Aus der DE 298 16 802 U1 ist ein Datenspeicher mit einem optisch beschreibbaren und auslesbaren Informationsträger bekannt, der eine Polymerfolie aufweist, deren Brechungsindex lokal durch Erwärmung veränderbar ist. Wenn die Polymerfolie mit Hilfe eines Schreibstrahls lokal erwärmt wird, hat die Änderung des Bre chungsindex eine Änderung des Reflexionsvermögens (Reflektivität) an der betrachteten Stelle zur Folge. Dies kann zum Speichern von Information ausgenutzt werden. Zum Auslesen der Information wird ein Lesestrahl verwendet, der von Stellen mit erhöhter Reflekti vität stärker reflektiert wird, was sich messen läßt, um die Information zu erfassen. Die Polymerfolie, die zum Beispiel aus Polymethylmethacrylat oder Polypropylen besteht, kann bei der Herstellung in beiden Flächenrichtungen vorgespannt (verstreckt) werden, wodurch im Material eine hohe Eigenenergie gespeichert ist. Bei einer lokalen Erwärmung durch den Schreibstrahl findet bei einer derartigen Ausgestaltung der Polymerfolie eine starke Materialänderung (Verdichtung) durch Rückverformung statt, wobei sich der Brechungsindex in der gewünschten Weise ändert. Bei dem vorbekannten Datenspeicher kann der Polymerfolie ein Absorber (zum Beispiel ein Farbstoff) zugeordnet sein, der den Schreib strahl bevorzugt absorbiert und die dabei erzeugte Wärme lokal an die Polymerfolie abgibt. Mit Hilfe eines Absorbers läßt sich eine ausreichend große Änderung des Brechungsindex (zum Beispiel eine Änderung von etwa 0,2) bereits mit einer relativ geringen Intensität des Schreibstrahls erzielen.From DE 298 16 802 U1 is a data storage device with an optical writable and readable information carrier known, the has a polymer film, the refractive index of which is local Heating is changeable. If the polymer film using a Writing beam is heated locally, has the change of Bre index a change in reflectivity (reflectivity) at the point under consideration. This can be used to save Information can be exploited. To read the information a reading beam used by places with increased reflectivity vity is reflected more, what can be measured, around the To capture information. The polymer film, for example Polymethyl methacrylate or polypropylene can be used in the Production prestressed in both surface directions (stretched) which means that a high level of energy is stored in the material is. In the case of local heating by the writing beam takes place with such a configuration of the polymer film a strong one Material change (compression) by reshaping instead, whereby the refractive index changes as desired. In which previously known data storage device, the polymer film can be an absorber (for example, a dye) assigned to the letter preferentially absorbed and the heat generated locally releases to the polymer film. With the help of an absorber a sufficiently large change in the refractive index (for example a change of about 0.2) with a relatively small one Achieve the intensity of the write beam.
Das Auslesen der Information erfolgt in Reflexion, so daß der Lesestrahl im Speichermedium einen doppelt so langen Weg zurück legen muß wie der Schreibstrahl beim Schreibvorgang. Außerdem liegt die Änderung der Reflektivität bei einer Änderung des Brechungsindex von zum Beispiel 0,2 nur in der Größenordnung von 1%. Daher stört der Absorber gerade beim Lesen beträchtlich, besonders wenn der Informationsträger mehrlagig ist, und es besteht die Gefahr, daß am Lesestrahldetektor nicht mehr genügend Leistung ankommt.The information is read out in reflection, so that the Reading beam in the storage medium a way twice as long back must lay like the writing beam during the writing process. Moreover the change in reflectivity is due to a change in Refractive index of for example 0.2 only in the order of magnitude 1%. Therefore, the absorber interferes considerably with reading, especially if the information carrier is multilayered, and it there is a risk that the reading beam detector is no longer sufficient Performance arrives.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, um bei einem Datenspeicher der vorgenannten Art die Vorteile eines Absorbers für den Schreibvorgang nutzen zu können, ohne dabei die Nachteile für den Lesevorgang in Kauf nehmen zu müssen.It is an object of the invention to provide a way to the advantages of a data storage device of the aforementioned type To be able to use absorbers for the writing process without losing the Having to accept disadvantages for the reading process.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Datenspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der Anspruch 16 betrifft die Verwendung eines derartigen Datenspeichers in einem darauf abgestimmten Laufwerk.This task is solved by a data storage with the Features of claim 1. Advantageous embodiments of the Invention result from the subclaims. Claim 16 relates to the use of such a data store in a matched drive.
Der erfindungsgemäße Datenspeicher hat einen optisch beschreib baren und auslesbaren Informationsträger, der eine Polymerfolie aufweist, deren Brechungsindex lokal durch Erwärmung veränderbar ist. Der Polymerfolie ist ein Absorber zugeordnet, der dazu eingerichtet ist, einen Schreibstrahl zumindest teilweise zu absorbieren und die dabei erzeugte Wärme zumindest teilweise lokal an die Polymerfolie abzugeben. Erfindungsgemäß ist der Absorber orientiert angeordnet, um Licht mit einer auf die Orientierung des Absorbers abgestimmten Polarisationsrichtung bevorzugt zu absorbieren.The data memory according to the invention has an optical description readable and readable information carrier, which is a polymer film has, whose refractive index can be changed locally by heating is. An absorber is assigned to the polymer film is set up at least partially to a write beam absorb and the heat generated thereby at least partially to deliver locally to the polymer film. According to the invention Arranged oriented to light with one on the absorber Orientation of the absorber coordinated polarization direction prefer to absorb.
Beim Schreiben von Information mit Hilfe eines polarisierten Schreibstrahls, dessen Polarisationsrichtung auf die Orientierung des Absorbers - genauer gesagt auf die Orientierung des Über gangsdipolmoments des Absorbers - abgestimmt ist, läßt sich somit eine hohe Absorption und damit eine effektive lokale Erwärmung der Polymerfolie erreichen, um deren Brechungsindex zu ändern. Wenn der Lesestrahl in einer Richtung polarisiert ist, die gegenüber der Polarisationsrichtung des Schreibstrahls gedreht ist und vorzugsweise senkrecht dazu steht, wird der Lesestrahl von dem Absorber nur in verhältnismäßig geringem Maße oder praktisch gar nicht abgeschwächt, so daß mit geringem Aufwand und niedriger Intensität des Lesestrahls ein sicheres Auslesen der Daten von dem Informationsträger möglich ist.When writing information using a polarized Writing beam whose direction of polarization is based on the orientation of the absorber - more precisely on the orientation of the over gangsdipolmoments of the absorber - is tuned, can high absorption and thus effective local heating of the polymer film to change its refractive index. If the reading beam is polarized in one direction, the rotated with respect to the direction of polarization of the write beam is and is preferably perpendicular to it, the reading beam from the absorber only to a relatively small extent or practically not weakened at all, so that with little effort and low intensity of the reading beam a safe reading of the Data from the information carrier is possible.
Vorzugsweise ist die Polymerfolie verstreckt, zum Beispiel indem sie bei der Herstellung innerhalb ihrer Ebene in zwei senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen vorgespannt wird. Dies führt dazu, daß im Folienmaterial eine hohe Energiedichte gespeichert ist. Durch Deposition einer verhältnismäßig geringen Energiemenge pro Flächeneinheit mit Hilfe eines Schreibstrahls kann dann eine starke Materialänderung (zum Beispiel eine Materialverdichtung) durch Rückverformung erhalten werden, die in einer lokalen Änderung des Brechungsindex und einer Änderung der optischen Weglänge im Material resultiert. Vorzugsweise liegt die Änderung des Brechungsindex in dem Bereich, der durch den Schreibstrahl lokal erwärmt wird, in der Größenordnung von 0,2, was zu einer Änderung der lokalen Reflektivität führt, die sich mit Hilfe des Lesestrahls gut erfassen läßt. The polymer film is preferably stretched, for example by they manufacture perpendicularly within their plane in two biased directions are biased. this leads to to the fact that a high energy density is stored in the film material is. By deposition of a relatively small amount of energy per unit area with the help of a write beam, one can then strong material change (for example a material compression) can be obtained by reshaping in a local Change in refractive index and change in optical Path length in the material results. The change is preferably the refractive index in the area through the write beam is heated locally, on the order of 0.2, resulting in a Changes in local reflectivity, which can be achieved with the help of the Reading beam can be captured well.
In der Polymerfolie sind die Informationseinheiten durch Änderung der optischen Eigenschaften in einem Bereich mit einer bevorzug ten Größe von weniger als 1 µm ausgebildet. Dabei kann die Information binär gespeichert sein, d. h. die lokale Reflektivität nimmt nur zwei Werte an. Das heißt, wenn die Reflektivität oberhalb eines festgelegten Schwellenwerts liegt, ist an der betrachteten Stelle des Informationsträgers z. B. eine "1" gespeichert, und wenn sie unterhalb dieses Schwellenwerts oder unterhalb eines anderen, niedrigeren Schwellenwerts liegt, entsprechend eine "0". Es ist aber auch denkbar, die Information in mehreren Graustufen abzuspeichern. Dies ist möglich, wenn sich die Reflektivität der Polymerfolie lokal auf gezielte Weise definiert verändern läßt, ohne daß dabei eine Sättigung erreicht wird, was zum Beispiel mit Hilfe einer biaxial orientierten Polypropylenfolie erreichbar ist.The information units in the polymer film are changed the optical properties in a range with a preferred th size of less than 1 micron. The Information is stored in binary form, d. H. the local reflectivity takes only two values. That is, if the reflectivity is above a specified threshold, is on considered point of the information carrier z. B. a "1" saved, and if they are below this threshold or is below another, lower threshold, correspondingly a "0". But it is also conceivable for the information save in several shades of gray. This is possible if the reflectivity of the polymer film locally in a targeted manner can be changed in a defined manner without reaching saturation becomes what, for example, with the help of a biaxially oriented Polypropylene film is achievable.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält die Polymerfolie Absorber. Dabei ist der in der Polymerfolie enthaltene Absorber vorzugsweise durch Verstreckung der Polymer folie in einer Vorzugsrichtung orientiert. Dazu können bei der Herstellung der Polymerfolie Absorbermoleküle in die Folienmasse eingebracht und beim Verstreckungsvorgang ausgerichtet werden, so daß die Übergangsdipolmomente der Absorbermoleküle statistisch gesehen eine Vorzugsrichtung haben. Wenn die Polymerfolie in zwei Richtungen verstreckt ist, muß sie gegebenenfalls nach dem Einbringen der Absorbermoleküle in einer Richtung stärker verstreckt sein, um die gewünschte Orientierung des Absorbers zu erreichen.In a preferred embodiment of the invention, the Polymer film absorber. It is in the polymer film absorber contained preferably by stretching the polymer film oriented in a preferred direction. You can do this at the Production of the polymer film absorber molecules in the film mass introduced and aligned during the stretching process, so that the transition dipole moments of the absorber molecules are statistical seen have a preferred direction. If the polymer film in two Directions, it may have to be after the Introduce the absorber molecules stronger in one direction be stretched to the desired orientation of the absorber to reach.
Es ist auch denkbar, daß auf der Polymerfolie eine Schicht angeordnet ist, die Absorber enthält. Diese Schicht kann zum Beispiel eine Adhäsionsschicht sein, um übereinander angeordnete Polymerfolienlagen miteinander zu verbinden (siehe unten). Ausgestaltungen, bei denen sowohl die Polymerfolie selbst als auch die auf der Polymerfolie angeordnete Schicht Absorber enthalten, sind ebenfalls möglich. In eine derartige Schicht wird der Absorber vorzugsweise orientiert eingebracht.It is also conceivable that a layer on the polymer film is arranged, which contains absorbers. This layer can be used Example may be an adhesive layer to be stacked To connect polymer film layers to each other (see below). Designs in which both the polymer film itself and also the absorber layer arranged on the polymer film included are also possible. In such a layer the absorber is preferably introduced in an oriented manner.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Absorber Farbstoffmoleküle auf, deren Übergangsdipolmomente in einer Vorzugsrichtung orientiert angeordnet sind. Die Farbstoff moleküle haben vorzugsweise ein hohes Absorptionsvermögen in dem für den Schreibstrahl verwendeten Spektralbereich. Der Schreib strahl ist vorzugsweise parallel zum Übergangsdipolmoment der Farbstoffmoleküle polarisiert, während die Polarisationsrichtung des Lesestrahls vorzugsweise senkrecht dazu steht.In a preferred embodiment of the invention, the Absorber dye molecules whose transition dipole moments in are arranged in a preferred direction. The dye Molecules preferably have a high absorbency in the spectral range used for the write beam. The letter beam is preferably parallel to the transition dipole moment Dye molecules polarize while changing the direction of polarization of the reading beam is preferably perpendicular to it.
Der erfindungsgemäße Datenspeicher kann im Prinzip einen Informationsträger mit einer Polymerfolie haben, die in einer einzigen Lage angeordnet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung weist der Informationsträger jedoch mehrere Polymerfolienlagen auf, durch die hindurch Informationseinheiten in eine vorgewählte Polymerfolienlage schreibbar oder aus einer vorgewählten Polymerfolienlage auslesbar sind. Dadurch wird eine hohe Speicherdichte erreicht. Durch Fokussieren des Schreib strahls und des Lesestrahls auf die vorgewählte Polymerfolienlage läßt sich Information gezielt in diese Polymerfolienlage einschreiben bzw. daraus auslesen. Beim Schreibvorgang ist der Schreibstrahl in den zu der betrachteten Polymerfolienlage benachbarten Polymerfolienlagen defokussiert, so daß die benachbarten Polymerfolienlagen lokal nur geringfügig erwärmt werden und dort die gespeicherte Information nicht verändert wird.In principle, the data memory according to the invention can be one Have information carriers with a polymer film, which in a single layer is arranged. In a preferred embodiment However, the information carrier has several forms of the invention Polymer film layers, through which information units writable in a pre-selected polymer film layer or from a preselected polymer film layer are readable. This will make one high storage density achieved. By focusing the writing beam and the reading beam on the selected polymer film layer information can be targeted into this polymer film layer register or read from it. When writing is the Writing beam in the layer of polymer film under consideration neighboring polymer film layers defocused, so that the neighboring polymer film layers are only slightly warmed locally and the stored information is not changed there becomes.
Der unterschiedlichen Polymerfolienlagen zugeordnete Absorber kann bei einer Ausgestaltung der Erfindung in unterschiedlichen Richtungen orientiert sein. In diesem Fall läßt sich eine vorgewählte Polymerfolienlage beim Schreibvorgang noch gezielter ansprechen, indem die Polarisationsrichtung des Schreibstrahls auf die Orientierung des Absorbers in der vorgewählten Polymerfo lienlage optimiert wird, so daß dort maximale Absorption erfolgt. Absorbers assigned to the different layers of polymer film can in one embodiment of the invention in different Directions. In this case, one can Preselected polymer film layer even more targeted during the writing process address by the direction of polarization of the write beam on the orientation of the absorber in the preselected polymer film lienlage is optimized so that there is maximum absorption.
In den zu der vorgewählten Polymerfolienlage benachbarten Polymerfolienlagen wird der Schreibstrahl dagegen (abgesehen davon, daß er dort defokussiert ist) nur in geringerem Maße absorbiert.In the adjacent to the pre-selected polymer film layer The writing beam, on the other hand, is polymer film layers (apart from that he is defocused there) to a lesser extent absorbed.
Zwischen benachbarten Polymerfolienlagen ist vorzugsweise jeweils eine Adhäsionsschicht angeordnet, die zum Beispiel einen Kleber (zum Beispiel einen Acrylatkleber) aufweisen kann und optional Absorber enthält. Mit Hilfe der Adäsionsschichten lassen sich die Polymerfolienlagen aufeinanderkleben.Between adjacent polymer film layers is preferably in each case arranged an adhesive layer, for example an adhesive (for example, an acrylic adhesive) and optional Contains absorber. With the help of the adhesive layers, the Glue polymer film layers together.
Es ist vorteilhaft, wenn der Brechungsindex der Adhäsionsschicht nur geringfügig vom Brechungsindex der Polymerfolie abweicht. Denn an jeder Grenzfläche zwischen zwei Schichten mit unter schiedlichem Brechungsindex findet eine Reflexion statt, die im vorliegenden Fall die Intensität des Schreibstrahls und des Lesestrahls schwächt. Andererseits lassen sich die Unterschiede in den Brechungsindizes der Polymerfolienlagen und der Adhäsions schichten zur Formatierung des Datenspeichers nutzen. Vorzugs weise ist der Unterschied der Brechungsindizes von Polymerfolien lagen und Adhäsionsschichten so gering, daß die Reflexion an der Grenzfläche unter 4% oder noch besser unter 1% liegt. Besonders günstige Verhältnisse lassen sich erreichen, wenn der Unterschied der Brechungsindizes kleiner als 0,005 ist.It is advantageous if the refractive index of the adhesive layer deviates only slightly from the refractive index of the polymer film. Because at every interface between two layers with under different refractive index, a reflection takes place in the In the present case, the intensity of the write beam and the Reading beam weakens. On the other hand, the differences in the refractive indices of the polymer film layers and the adhesion Use layers to format the data storage. Preferential wise is the difference in the refractive indices of polymer films lay and adhesive layers so low that the reflection at the Interface is below 4% or even better below 1%. Especially Favorable relationships can be achieved if the difference the refractive index is less than 0.005.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Informationsträger spiralartig aufgewickelt. Auf diese Weise läßt sich mit Hilfe einer einzigen Polymerfolie ein viellagiger Aufbau des Datenspeichers erreichen, der eine hohe Speicherdichte und eine große Speicherkapazität ermöglicht. Dabei hat der Daten speicher vorzugsweise einen optisch transparenten Wickelkern, der zur Aufnahme einer Schreib- und Leseeinrichtung eines auf den Datenspeicher abgestimmten Laufwerks eingerichtet ist. Das Laufwerk kann einen Schreib- und/oder Lesekopf haben, der sich im Innenraum des transparenten Wickelkerns relativ zu dem in Ruhe befindlichen Datenspeicher bewegt oder bei dem der Schreib- und/oder Lesestrahl über bewegte optische Elemente in den Datenspeicher eingekoppelt werden. Weil dabei der Datenspeicher selbst ruht, braucht er nicht im Hinblick auf eine schnelle Drehbewegung ausgewuchtet zu sein.In a preferred embodiment of the invention, the Information carrier wound up in a spiral. That way a multi-layer structure with the help of a single polymer film of the data storage achieve a high storage density and allows a large storage capacity. The data has preferably store an optically transparent winding core, the to accommodate a writing and reading device on the Data storage tuned drive is set up. The Drive can have a read and / or write head, which is in the interior of the transparent winding core relative to that at rest located data storage or where the write and / or reading beam via moving optical elements in the Data storage can be coupled. Because the data storage resting himself, he does not need a quick Rotary motion to be balanced.
Bevorzugte Materialien für die Polymerfolie sind biaxial orientiertes Polypropylen (BOPP) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) bei typischen Foliendicken von 10 µm bis 100 µm, zum Beispiel ca. 50 µm oder ca. 35 µm. Derartige Foliendicken stellen sicher, daß die Informationen auf benachbarten Polymerfolienlagen mit Hilfe von Laufwerken, wie sie im Prinzip beispielsweise aus der DVD-Technologie bekannt sind, gut auflösbar voneinander getrennt werden können. Andere Materialien für die Polymerfolie sind ebenfalls denkbar.Preferred materials for the polymer film are biaxial oriented polypropylene (BOPP) or polymethyl methacrylate (PMMA) with typical film thicknesses from 10 µm to 100 µm, for Example approx. 50 µm or approx. 35 µm. Make such film thicknesses sure that the information is on adjacent polymer film layers with the help of drives, such as those made in principle the DVD technology are known, well resolvable from each other can be separated. Other materials for the polymer film are also conceivable.
Für eine Adhäsionsschicht kann zum Beispiel ein Acrylatkleber verwendet werden, wobei die Schichtdicke typischerweise zwischen 1 µm und 40 µm liegt und geringe Schichtdicken bevorzugt sind.For example, an acrylate adhesive can be used for an adhesive layer are used, the layer thickness typically between 1 µm and 40 µm and small layer thicknesses are preferred.
Ein geeigneter Absorber sollte auf die spektralen Eigenschaften des Schreibstrahls abgestimmt sein. Vorzugsweise werden der Schreibstrahl und der Lesestrahl von einem Laser emittiert, wobei für den Schreibstrahl und den Lesestrahl der gleiche oder derselbe Laser benutzt wird. Für den Schreibstrahl eignet sich eine gepulste Betriebsweise des Lasers, für den Lesestrahl ein Continuous-Wave-Modus. Derzeit sind Wellenlängen von 630 nm oder 532 nm üblich; die technische Entwicklung geht zu kürzeren Wellenlängen, da sich damit eine höhere Speicherdichte erzielen läßt. Als Absorber kommt zum Beispiel der Farbstoff Dispersrot 1 (DR1) in Frage, ein Azofarbstoff, der bei Anwendungen der nichtlinearen Optik in gepolten Polymerfilmen eingesetzt wird. DR1 hat zudem den Vorteil, daß das Übergangsdipolmoment in Richtung der Molekülachse liegt. Andere Absorber sind ebenfalls möglich. A suitable absorber should be matched to the spectral properties of the write beam. The write beam and the read beam are preferably emitted by a laser, the same or the same laser being used for the write beam and the read beam. A pulsed mode of operation of the laser is suitable for the write beam, and a continuous wave mode for the read beam. At present, wavelengths of 630 nm or 532 nm are common; the technical development goes to shorter wavelengths, since this enables a higher storage density to be achieved. The absorber is, for example, the dye Dispersrot 1 (DR1), an azo dye which is used in applications of nonlinear optics in polarized polymer films. DR1 also has the advantage that the transition dipole moment lies in the direction of the molecular axis. Other absorbers are also possible.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen inIn the following, the invention will be explained in more detail by means of examples explained. The drawings show in
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Datenspeicher, der einen spiralartig aufgewickelten Informationsträger und einen Wickelkern aufweist, in schematischer perspektivischer Darstellung, wobei innerhalb des Wickelkerns Teile eines auf den Datenspeicher abgestimmten Laufwerks angeordnet sind, und Fig. 1 shows a data storage device according to the invention, which has a spirally wound information carrier and a winding core, in a schematic perspective view, parts of a drive adapted to the data storage device being arranged within the winding core, and
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Orientierung von in dem erfindungsgemäßen Datenspeicher als Absorber benutzten Farbstoffmolekülen. Fig. 2 is a schematic representation of the orientation of use as an absorber in the inventive data storage dye molecules.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Datenspeicher 1 und eine Schreib- und Leseeinrichtung 2 eines auf den Daten speicher 1 abgestimmten Laufwerks. Der Datenspeicher 1 weist eine Anzahl von Lagen 10 einer als Informationsträger dienenden Polymerfolie 11 auf, die spiralartig auf einen optisch trans parenten Wickelkern aufgewickelt ist. Der hülsenförmige Wickel kern ist in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht darge stellt; er befindet sich innerhalb der innersten Lage 10. Zur besseren Veranschaulichung sind die einzelnen Lagen 10 der Polymerfolie 11 in Fig. 1 als konzentrische Kreisringe gezeigt, obwohl die Lagen 10 durch spiralartiges Wickeln der Polymer folie 11 ausgebildet sind. Zwischen benachbarten Lagen 10 der Polymerfolie 11 ist jeweils eine Adhäsionsschicht 12 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Adhäsionsschichten 12 in Fig. 1 in nicht maßstäblich vergrößerter Dicke eingezeichnet. Fig. 1 shows a schematic representation of a data store 1 and a read and write device 2 of a drive matched to the data store 1 . The data memory 1 has a number of layers 10 of a polymer film 11 serving as an information carrier, which is wound spirally on an optically transparent winding core. The sleeve-shaped winding core is not shown in Fig. 1 for the sake of clarity; it is located within the innermost layer 10 . For better illustration, the individual layers 10 of the polymer film 11 are shown in FIG. 1 as concentric circular rings, although the layers 10 are formed by spiral winding of the polymer film 11 . An adhesive layer 12 is arranged between adjacent layers 10 of the polymer film 11 . For reasons of clarity, the adhesive layers 12 are shown in FIG. 1 in a thickness that is not to scale.
Die Polymerfolie 11 besteht im Ausführungsbeispiel aus biaxial orientiertem Polypropylen und wurde vor dem Wickeln in beiden Flächenrichtungen vorgespannt. Im Ausführungsbeispiel hat die Polymerfolie 11 eine Dicke von 35 µm; andere Dicken im Bereich von 10 µm bis 100 µm oder auch außerhalb dieses Bereichs liegende Dicken sind ebenfalls denkbar. Die Adhäsionsschichten 12 sind gasblasenfrei und bestehen im Ausführungsbeispiel aus Acrylat kleber bei einer Dicke von 23 µm, wobei bevorzugte Schichtdicken zwischen 1 µm und 40 µm liegen. Im Ausführungsbeispiel enthält der Datenspeicher 1 zwanzig Lagen 10 der Polymerfolie 11 und hat einen Außendurchmesser von etwa 30 mm. Die Höhe des Wickelzylin ders beträgt 19 mm. Eine andere Anzahl von Lagen 10 oder andere Abmessungen sind ebenfalls möglich. Die Anzahl der Wicklungen oder Lagen 10 kann zum Beispiel zwischen 10 und 30 liegen, aber auch größer als 30 sein.In the exemplary embodiment, the polymer film 11 consists of biaxially oriented polypropylene and was pretensioned in both surface directions before winding. In the exemplary embodiment, the polymer film 11 has a thickness of 35 μm; other thicknesses in the range from 10 μm to 100 μm or thicknesses outside this range are also conceivable. The adhesive layers 12 are free of gas bubbles and, in the exemplary embodiment, consist of acrylate adhesive with a thickness of 23 μm, preferred layer thicknesses being between 1 μm and 40 μm. In the exemplary embodiment, the data memory 1 contains twenty layers 10 of the polymer film 11 and has an outer diameter of approximately 30 mm. The height of the winding cylinder is 19 mm. A different number of layers 10 or other dimensions are also possible. The number of windings or layers 10 can be between 10 and 30, for example, but can also be greater than 30.
In die Polymerfolie 11 wird bei oder nach der Herstellung ein Absorber in Form von Farbstoffmolekülen eingebracht, die beim Verstrecken der Polymerfolie 11 analog zur Herstellung von Polarisationsfolien statistisch so ausgerichtet werden, daß ihre Übergangsdipolmomente in einer Vorzugsrichtung orientiert angeordnet sind. Dies ist weiter unten näher erläutert.In the polymer film 11, an absorber in the form of dye molecules that their transition dipoles oriented in a preferred direction is at or after the preparation introduced analogous during stretching of the polymer film 11 are randomly aligned for the production of polarization films are so disposed. This is explained in more detail below.
Die im Innenraum des Wickelkerns angeordnete Schreib- und Leseeinrichtung 2 enthält einen Schreib- und Lesekopf 20, der mit Hilfe einer Mechanik 21 in den Richtungen der eingezeichenten Pfeile gedreht und axial hin- und herbewegt werden kann. Der Schreib- und Lesekopf 20 weist optische Elemente auf, mit deren Hilfe ein von einem in Fig. 1 nicht dargestellten Laser erzeugter Lichtstrahl (zum Beispiel der Wellenlänge 630 nm oder 532 nm) auf die einzelnen Lagen 10 der Polymerfolie 11 fokussiert werden kann. Da der Schreib- und Lesekopf 20 mit Hilfe der Mechanik 21 bewegt wird, kann er alle Lagen 10 des Datenspei chers 1 vollständig abtasten. Im Ausführungsbeispiel ruht dabei der Datenspeicher 1. Er braucht also nicht im Hinblick auf eine hohe Rotationsgeschwindigkeit ausgewuchtet zu sein, im Gegensatz zu dem Schreib- und Lesekopf 20. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 1 die zum Auswuchten des Schreib- und Lesekopfs 20 vorgesehenen Elemente nicht gezeigt. Der erwähnte Laser befindet sich außerhalb des Schreib- und Lesekopfes 20 und ist stationär; der Laserstrahl wird über optische Elemente in den Schreib- und Lesekopf 20 gelenkt. The writing and reading device 2 arranged in the interior of the winding core contains a writing and reading head 20 , which can be rotated in the directions of the arrows and moved axially back and forth by means of a mechanism 21 . The write and read head 20 has optical elements, with the aid of which a light beam (for example of the wavelength 630 nm or 532 nm) generated by a laser not shown in FIG. 1 can be focused on the individual layers 10 of the polymer film 11 . Since the read and write head 20 is moved by means of the mechanism 21 , it can completely scan all layers 10 of the data memory 1 . In the exemplary embodiment, the data memory 1 is at rest. It therefore does not need to be balanced with regard to a high rotational speed, in contrast to the read and write head 20 . For the sake of clarity, the elements provided for balancing the read and write head 20 are not shown in FIG. 1. The laser mentioned is located outside the read and write head 20 and is stationary; the laser beam is directed into the read and write head 20 via optical elements.
Zum Speichern oder Einschreiben von Information in den Daten speicher 1 wird der Laser im Ausführungsbeispiel mit einer Strahlleistung von etwa 1 mW betrieben. Der Laserstrahl dient dabei als Schreibstrahl und wird auf eine vorgewählte Lage 10 der Polymerfolie 11 fokussiert, so daß der Strahlfleck kleiner als 1 µm ist, wobei die Lichtenergie in Form kurzer Pulse von etwa 10 µs Dauer eingebracht wird. Der Schreibstrahl ist polarisiert, wobei seine Polarisationsrichtung parallel zu dem Übergangs dipolmoment der Farbstoffmoleküle des Absorbers in der vor gewählten Lage 10 ausgerichtet ist. Dadurch wird die Energie des Schreibstrahls optimal in dem Strahlfleck absorbiert, was zu einer lokalen Erwärmung der Polymerfolie 11 und damit zu einer lokalen Änderung des Brechungsindex und der Reflektivität führt.In order to store or write information into the data memory 1 , the laser in the exemplary embodiment is operated with a beam power of approximately 1 mW. The laser beam serves as a write beam and is focused on a preselected layer 10 of the polymer film 11 , so that the beam spot is less than 1 μm, the light energy being introduced in the form of short pulses of approximately 10 μs duration. The write beam is polarized, its direction of polarization being aligned parallel to the transition dipole moment of the dye molecules of the absorber in the pre-selected position 10 . As a result, the energy of the write beam is optimally absorbed in the beam spot, which leads to local heating of the polymer film 11 and thus to a local change in the refractive index and the reflectivity.
Um gespeicherte Information aus dem Datenspeicher 1 auszulesen, wird der Laser im Continuous-Wave-Modus (CW-Modus) betrieben, wobei der als Lesestrahl dienende Laserstrahl ebenfalls polari siert ist, aber in einer gegenüber dem Schreibstrahl um 90° gedrehten Polarisationsrichtung. Der Lesestrahl wird daher von dem Absorber in den einzelnen Lagen 10 der Polymerfolie 11 praktisch nicht abgeschwächt und kann ungehindert zu der Stelle gelangen, auf die er fokussiert ist. In Abhängigkeit von der gespeicherten Information wird der Lesestrahl reflektiert, und die Intensität des reflektierten Strahls wird von einem Detektor in der Schreib- und Leseeinrichtung 2 erfaßt.In order to read stored information from the data memory 1 , the laser is operated in continuous wave mode (CW mode), the laser beam serving as the read beam also being polarized, but in a polarization direction rotated by 90 ° with respect to the write beam. The reading beam is therefore practically not weakened by the absorber in the individual layers 10 of the polymer film 11 and can reach the point on which it is focused unimpeded. The reading beam is reflected as a function of the stored information and the intensity of the reflected beam is detected by a detector in the writing and reading device 2 .
Fig. 2 veranschaulicht die Orientierung der Polarisations richtungen und des Übergangsdipolmoments der Farbstoffmoleküle des Absorbers. Die Übergangsdipolmomente der mit 30 bezeichneten Farbstoffmoleküle in der Polymerfolie 11 sind orientiert angeordnet, und zwar in der Darstellung gemäß Fig. 2 statistisch bevorzugt parallel zur x-Achse, wie durch die Doppelpfeile angedeutet. Die Polarisationsrichtung des Schreibstrahls verläuft ebenfalls parallel zur x-Achse, während die Polarisationsrichtung des Lesestrahls senkrecht dazu steht, und zwar parallel zur y- Achse. Fig. 2 illustrates the orientation of the polarization directions and the transition dipole moment of the dye molecules of the absorber. The transition dipole moments of the dye molecules denoted by 30 in the polymer film 11 are arranged in an oriented manner, specifically statistically preferably parallel to the x-axis in the illustration according to FIG. 2, as indicated by the double arrows. The direction of polarization of the write beam also runs parallel to the x-axis, while the direction of polarization of the read beam is perpendicular to it, namely parallel to the y-axis.
Es gibt verschiedene Verfahren, um eine Polymerfolie mit einem orientierten Absorber herzustellen. Eine Übersicht findet sich in J. Michl und E. W. Thulstrup, "Spectroscopy with Polarized Light", VCH Publishers Inc., New York, 1986, im Abschnitt 3.1.3. Zum Einbringen von Absorbermolekülen in das Folienmaterial gibt es die grundätzlichen Möglichkeiten, (i) einen Polymerfilm aus einer Lösung zu gießen, die Polymer und Absorbermoleküle enthält, und anschließend das Lösungsmittel zu verdampfen, (ii) einen Polymerfilm in einer Lösung mit Absorbermolekülen quellen zu lassen und anschließend das Lösungsmittel zu verdampfen, (iii) Absorbermoleküle in der Dampfphase in einen Polymerfilm zu diffundieren und (iv) die Farbstoffmoleküle in geschmolzenem Polymer zu lösen. Für eine Polymerfolie aus Polypropylen eignen sich alle vier Methoden, wobei die Methode (ii) bevorzugt ist. Wenn geeignete Absorbermoleküle in eine noch nicht verstreckte Polymerfolie eingebracht werden und die Polymerfolie anschließend verstreckt wird, orientieren sich die Absorbermoleküle, so daß sie Licht mit einer auf die Orientierung der Absorbermoleküle abgestimmten Polarisationsrichtung bevorzugt absorbieren.There are various methods for producing a polymer film with an oriented absorber. An overview can be found in J. Michl and EW Thulstrup, "Spectroscopy with Polarized Light", VCH Publishers Inc., New York, 1986, section 3.1.3 . To introduce absorber molecules into the film material, there are the basic possibilities of (i) casting a polymer film from a solution containing polymer and absorber molecules, and then evaporating the solvent, (ii) allowing a polymer film in a solution to swell with absorber molecules and then evaporating the solvent, (iii) diffusing vapor phase absorber molecules into a polymer film and (iv) dissolving the dye molecules in molten polymer. All four methods are suitable for a polymer film made of polypropylene, method (ii) being preferred. If suitable absorber molecules are introduced into a not yet stretched polymer film and the polymer film is subsequently stretched, the absorber molecules orient themselves so that they preferentially absorb light with a polarization direction that is matched to the orientation of the absorber molecules.
Für eine Polymerfolie aus Polypropylen eignet sich der Absorber Dispersrot 1 (DR1). DR1 ist ein Azofarbstoff, der annähernd stäbchenförmig ist und sich daher gut ausrichten läßt. Dieser Farbstoff ist aus Anwendungen mit gepolten farbstoffhaltigen Polymerfilmen in der nichtlinearen Optik bekannt. DR1 kann in eine nur in einer Richtung verstreckte Polymerfolie eingebracht werden, die anschließend in der anderen Richtung verstreckt wird, oder auch in eine unverstreckte Polymerfolie, die anschließend biaxial verstreckt wird, aber in den beiden Richtungen in unterschiedlichem Grade. In beiden Fällen ergibt sich die gewünschte Ausrichtung der Absorbermoleküle.The absorber Dispersrot 1 (DR1) is suitable for a polymer film made of polypropylene. DR1 is an azo dye that is roughly rod-shaped and therefore easy to align. This dye is known from applications with polarized dye-containing polymer films in non-linear optics. DR1 can be introduced into a polymer film stretched only in one direction, which is subsequently stretched in the other direction, or into an undrawn polymer film, which is subsequently stretched biaxially, but to different degrees in the two directions. In both cases, the desired alignment of the absorber molecules results.
Soll der Absorber gemäß der Methode (iv) in geschmolzenes Polypropylen eingebracht werden, wobei Temperaturen in der Größenordnung von 200°C auftreten, sind Absorber mit höherer Temperaturstabilität, wie z. B. Anthrachinon- oder Indanthren farbstoffe, besser geeignet als DR1.If the absorber is to be melted according to method (iv) Polypropylene are introduced, with temperatures in the Order of magnitude of 200 ° C occur, absorbers with higher Temperature stability, such as B. anthraquinone or indanthrene dyes, more suitable than DR1.
In dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel enthält die Polymer folie 11 aus biaxial orientiertem Polypropylen den Absorber DR1 in einer derartigen Konzentration, daß sich bei der gegebenen Foliendicke von 35 µm eine optische Dichte von 0,2 ergibt. Vor zugsweise liegt die optische Dichte bei der Lichtwellenlänge des Schreibstrahls im Bereich von 0,1 bis 0,3 für eine Polymerfo lienlage, kann aber auch kleiner oder größer sein.In the exemplary embodiment explained above, the polymer film 11 made of biaxially oriented polypropylene contains the absorber DR1 in such a concentration that, given the film thickness of 35 μm, there is an optical density of 0.2. The optical density at the light wavelength of the write beam is preferably in the range from 0.1 to 0.3 for a polymer film layer, but can also be smaller or larger.
Die optische Dichte ist eine zur Charakterisierung des Ab
sorptionsverhaltens gut geeignete Größe. Für die optische Dichte
D gilt:
The optical density is a quantity which is well suited for characterizing the absorption behavior. The following applies to the optical density D:
D = log(1/T) = ∈λ c dD = log ( 1 / T) = ∈ λ cd
Hierbei ist T = I/I0 die Transmission durch eine Schicht der Dicke d, wobei die Intensität der einfallenden Strahlung von 10 auf I abfällt, ∈λ ist der Extinktionskoeffizient bei der verwendeten Wellenlänge λ (konzentrationsunabhängiger Stoff parameter), und c ist die Konzentration des Absorbers.Here T = I / I 0 is the transmission through a layer of thickness d, the intensity of the incident radiation falling from 10 to I, ∈ λ is the extinction coefficient at the wavelength λ used (concentration-independent substance parameter), and c is the concentration of the absorber.
Andere Materialien für die Polymerfolie sind ebenfalls denkbar. So läßt sich zum Beispiel Polyethylenterephthalat (PET) ver wenden, auch im Zusammenhang mit dem Absorberfarbstoff DR1.Other materials for the polymer film are also conceivable. For example, polyethylene terephthalate (PET) can be used turn, also in connection with the absorber dye DR1.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: TESA AG, 20253 HAMBURG, DE |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |